Фото, сделанные по технологии HDR. Что это такое?

10 февраля 2009

Что за зверь HDR? Попытаюсь в двух словах. Это расширение динамического диапазона изображения. Очень часто на фотографиях сложно добится проработки всех деталей. Что-нибудь обязательно выпадет.

Например, если делать акцент на передний план - засветится небо, если выделять небо - то потеряем передний план. Поэтому, чтобы ничего не терять, делаются несколько снимков с разной экспозицией и из них собирается "полноценный" кадр, либо все это вытягивается из RAW-файла. И получается иногда очень красиво, но, имхо, от фоток веет какой-то нереальностью, что-ли. Не пойму, хорошо это или плохо...

как это делается...

Расширение динамического диапазона цифрового снимка

Одно из главных преимуществ "плёнки" перед "цифрой" - более широкий динамический диапазон (фотографическая широта). Здесь я расскажу о том, как увеличить динамический диапазон цифрового снимка.

Что такое динамический диапазон?

Не вдаваясь в технические детали, объясню на пальцах. :) Представьте себе полутемную комнату и солнечный день за окном. Глазами мы отлично видим и все предметы в комнате, и пейзаж за окном - деревья, небо, дома напротив... Но если сфотографировать комнату и окно в этой комнате, то мы получим два варианта: либо хорошо проработанные детали в комнате и дико пересвеченное окно (белый квадрат), либо черную комнату с силуэтами предметов и красивый город за окном. Другой пример - пейзаж. Выбеленное небо и проработанный ландшафт или проработанное небо и темный, недосвеченный пейзаж (не всегда в сумке оказывается градиентный фильтр или поляризатор). Или лицо человека с выбеленным бликом на скуле с одной стороны и слишком темное с другой. Это - ограничения динамического диапазона светочувствительного материала (например, матрицы). Динамический диапазон - это диапазон между темными тонами, которые, начиная с какого-то тона, на снимке уже превращаются в черное, и светлыми тонами, которые превращаются в белое. Грубо говоря, применительно к цифровой фотографии, это то, что влезает в гистограмму. Динамический диапазон глаза шире, чем подавляющее большинство фотоматериалов.

У сканеров, мониторов (!), принтеров, печатных машин в фотолабе и у фотобумаги тоже есть свой динамический диапазон, и обычно он ниже, чем динамический диапазон фотоматериала в фотоаппарате (даже цифровой матрицы).

Зачем его увеличивать?

- в некоторых (например, вышеописанных) случаях это необходимо.
- снимки с широким динамическим диапазоном во многих случаях выглядят гораздо естественнее.
- большие возможности и запас качества для последующей художественной обработки кадра.

Методы увеличения динамического диапазона

Exposure Blending

Метод использует кадры, снятые с брекетингом экспозиции - (LDR файлы). Из недосвеченного кадра берется информация о светлых тонах, из пересвеченного - о темных. HDR файл не создается.

Также пересвеченный и недосвеченный кадры получают путем разной обработки одного и того же RAW файла, но по качеству результата это больше похоже на Tone mapping.

Tone Mapping

Другой метод увеличения динамического диапазона, менее эффективный по сравнению с предыдущим. 16-битные файлы (например, полученные путем "проявки" RAW-файла) содержат достаточно много информации о полутонах. Эта информация используется для увеличения динамического диапазона с одновременной тональной компрессией. Применяется в случае, если кадр есть только один (при съемке не использовался брекетинг экспозиции).

К фотографии с девушкой в венецианской маске (самая верхняя фотография) тоже был применен метод Tone Mapping. До его применения плечо слева было очень темным, а плечо справа - пересвечено. (Остальные фотографии в этом посте не мои.)

Генерация HDR файла с последующей тональной компрессией

Самый гибкий метод. Получение HDR файла из двух или более LDR файлов. После получения HDR файла (при этом HDR файл можно сохранить отдельно) для дальнейшей работы требуется тональная компрессия, для этого также используется Tone Mapping, где возможны тонкие ручные настройки.

Термины

LDR файл и HDR файл

Low Dynamic Range (маленький, низкий динамический диапазон). Обыкновенные цифровые фотографии.

High Dynamic Range (большой, высокий динамический диапазон)
Файл изображения с высоким динамическим диапазоном.
Динамический диапазон HDR файла существенно выше динамического диапазона монитора, поэтому на мониторе он отображается ужасно, даже хуже, чем LDR файл (как чудовищно контрастный кадр).
Глубина цвета HDR файлов - 32 бита.

Глубина цвета (Bit Depth)

Глубина цвета - это количество бит (разрядов двоичного числа), используемых для описания тона для каждого из цветовых каналов (channel). Например, в системе RGB три цветовых канала (Red-красный, Green-зеленый, Blue-синий). Вместе все эти три канала образуют квадратную точку - один пиксель. В системе RGB работают все современные сканеры и цифровые фотоаппараты.

8 бит. 8 разрядов в двоичной системе (компьютер работает в двоичной системе счисления). В 8-ми разрядах при двоичной системе можно зашифровать максимум 256 целых чисел (включая ноль). Это еще в школе проходят, на информатике. :) Формат JPEG (jpg) работает только с 8-битными изображениями. поэтому не снимайте в JPEG, если есть возможность. Бывает, где-то упоминаются 24-битные изображения - это значит 8+8+8=24 бита на все каналы.

16 бит. В 16 разрядов уже можно запихнуть 65536 значений на каждый канал (256 в квадрате). Это означает, что при увеличении размера файла в два раза (8 bit -> 16 bit на канал) запас качества увеличивается не в 2, а в 256 раз. Именно поэтому предпочтительно сохранять и обрабатывать фотографии при глубине цвета 16 бит - и запас качества (информации) гораздо больше, и при каждой операции при обработке фотографии значения на каждом из каналов грубо не округляются. Преобразованием 8-битного изображения в 16-битное качество не увеличить, но это позволит имеющееся качество в дальнейшем не терять. Формат TIFF поддерживает 16-битные изображения и является стандартом для фотографий с этой глубиной цвета.

32 бит. Соответственно, 4294967296 значений яркости на каждый из каналов. Сравните с 8-битными изображениями. :) C 32-битными изображениями Photoshop умеет работать только начиная с версии CS2, и то сильно ограниченно. Поэтому стандарт для обработки фотографий на сегодняшний день - 16 бит на канал.

Я доступно объяснил? :)

Upd: я таки сам тут запутался! :)

..... :)

"запас качества" увеличивается не в 256, а в
2^(8+8+8) == 16777216
2^(16+16+16) == 2^12 == это в 16777216 больше, чем 16777216.
А одноканальных JPG народ не видел, хоть они и есть.

2^(16+16+16) == 2^48 ))
И эти 2^48 в 2^24 раз больше, чем 2^24.

RAW

"raw" - сырой, необработанный (англ.)

Файл, который содержит информацию, полученную прямо с цифровой матрицы, без какой-либо обработки фотоаппаратом, плюс всю информацио о параметрах съемки - EXIF данные (диафрагма, выдержка и много еще чего). Файл RAW требует последующей обработки, "проявки" на компьютере с помощью специальных программ, RAW-конвертеров. Это нужно для того, чтобы иметь возможность выжать из фотоаппарата максимальное качество. Большинство современных цифровых зеркалок умеют снимать только в двух форматах - JPEG (8 bit) и RAW (чаще всего 12 бит, которые потом на компьютере преобразуются в 16 бит). В итоге RAW преобразуется в TIFF.

Светочувствительность (ISO)

ISO - это такая организация, занимающаяся стандартизацией.
Эквивалент светочувствительности пленки для цифровой матрицы. Чем больше значение ISO, тем сильнее "шумит" матрица (проявляется паразитный сигнал - аппаратура не идеальна, да и законы физики мешают).
Это я к тому, что кадры, снятые с высоким значением ISO, гораздо хуже поддаются HDR обработке.

Экспозиция (Exposure)

Относительное световое число. Например, увеличение экспозиции на одну ступень означает увеличение освещенности в два раза, на две ступени - в четыре раза. Применительно к фотографии динамический диапазон измеряется в ступенях экспозиции.

Брекетинг экспозиции (Exposure Bracketing)

Также это называют экспозиционной вилкой. Суть в том, что при съемке в режиме брекетинга экспозиции одновременно делается три кадра - "нормальный", недосвеченный и пересвеченный. Например, при эксповилке в одну ступень камера делает "нормальный", недосвеченный в два раза и пересвеченный в два раза кадры. Такой набор из трех кадров чаще всего используется при создании HDR файлов.